中围分类号：X703.1：B文章编号：1009原水反透渗与超滤是自20世纪60年代陆续发展起来的膜分离技术，是采用天然或人工方法合成的薄膜，以压力差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离的方法。初，反渗透及超滤主要应用于化工领域的物质分离及提纯，以后在食品、印染、生物医药、水处理等行业的应用得到了迅猛发展。
有微孔的薄膜互相接触，由于膜的化学性质使它对水溶液中的溶质具有排斥作用，结果靠近膜表面的浓度梯度急剧下降，在溶液-膜的界面上形成一层被吸附的纯水层，在压力存在下使纯水或溶剂不断通过膜上的毛细孔流出，溶质则被膜截留。“筛分理的不同孔径的孔眼象筛子一样截留住分子直径相应大于它们的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。此外还有”扩散-细孔流理论“、”溶解扩散理论“等，它们都能对反渗透和超滤的分离机理进行解释。反渗透与超滤的分离理论尚在不断的发展和完善之中。1.2工艺流程原水在进入膜系统之前先进行预处理（膜的保安措施，如采用混凝沉淀、气浮、过滤等手段去除水中的大颗粒或大液滴），之后经加压泵进人膜组件，水（反渗透）或水与小分子（超滤）在压力作用下透过膜成为处理水，而小分子、大分子及微粒（反渗透）或大分子及微粒（超滤）被膜截留，在膜的另一侧成为浓液。根据不同的工艺过程，浓液可被回收利用或再处理。工艺流程见。‘I预处理！
H膜组件I加压泵处理水1超滤和反渗透工艺流程多数膜在分离过程中物料无相变，分离系数大，在室温下操作。近年来开发的新型膜材料大多数可以耐强酸、强碱，就超滤而言所需的推动力非常低，因而膜分离技术较其他的分离过程具有显著的节能、等优点。
膜的分离性能指标主要有分离效率（或溶质截留率）、水通量和通量衰减系数。分离效率可表示为=x100%，CP、C6分别为透过液、篼压侧溶液浓度。水通量是单位时间通过单位膜面积的水透过量，即J=，0为透过水的容积或体积，S为膜的有效面积，《是运行时间。
通量衰减系数是由于浓差极化、膜的压密及孔堵塞，膜的水通量随时间而衰减，表达式为r，/（、义为膜运行《小时和1小时后的透过速度，软化水，m为衰减系数。膜的分离效率、水通量及通量衰减系数受操作条件（压力、温度）、溶质浓度、溶液pH值及水的流体力学特性的影响。
溶液在膜的高压侧，由于水分子不断透过膜，结果膜表面的溶质或大分子物质浓度不断升高，产生膜表面与主体流的浓度差，并促使溶质从膜表面向主体溶液反向扩散，浓差极化。超滤的水通量比反渗透大，因而更容易产生浓差极化。此时，由于高分子和胶体物质在膜表面截留形成一个凝胶层，阻力增大。
-旦凝胶层生成，水通量就不随压力的增大而增大，其与进水溶液浓度的对数直线关系减小。
所以，为了防止凝胶的生成，必须定期对膜进行清洗以恢复膜的高水通量。另外，改变膜面的水力条件（如错流、湍流）也有助于增大水通量。
2膜技术在水处理中的应用膜技术是21世纪初具有发展前景的高新技术，以其独特的分离性能在给水和废水处理中逐步得到广泛的应用。由于反渗透可截留水中的无机盐类小分子，所以不仅可去除水中的细菌、病毒、胶体大分子等微粒，而且还具有显著的脱盐性能；超滤因允许小分子透过而对脱盐无能为力；所以给水处理中多用反渗透或反渗透与超滤相结合的技术，而废水处理中多用超滤。反渗透膜与超滤膜相比，前者孔径较小、操作压力高、膜水通量也较小（见表1），实际上反渗透与超滤之间并没有明确的界限。
表1反渗透膜和超滤膜的性能比较反渗透超滤膜孔校/nm操作压力/MPa膜通撒2.1膜技术在给水处理中的应用在给水中，反渗透首先应用于苦咸水淡化及海水脱盐，随后逐渐应用于高压锅炉供水、电子工业用水、饮用纯水及医药用水的处理等。
苦咸水淡化。目前，世界各国对苦咸水淡化脱盐所采用的方法主要有多级闪蒸、蒸汽压缩蒸发、冷冻结晶、反渗透及电渗析等，其中约有30%用反渗透来实现，并且这一比例还在不断提高。1983年开始运转的马耳他岛加尔拉夫基海水淡化厂可日产淡水20亿m3，世界上大的咸水淡化厂在美国亚利桑那州，原水含盐浓度为3000mg/L，生产能力为10亿t/d淡水。我国大的反渗透海水淡化站位于大连市长海县，日产淡水1000t，淡水吨耗电5~5.5kWh，52淡水成本6元/t.电厂锅炉供水处理。电厂锅炉供水要求水中不能含有成垢物、固体物质和有机含水物。反渗透可去除水中胶体杂质、有机物和大部分溶解盐类。#p#分页标题#e#
对于小型锅炉仅用反渗透即可满足要求，大型锅炉则要求全脱盐，此时可将反渗透与混床脱盐装置结合起来。我国的大部分电厂都利用反渗透-混床脱盐系统制备锅炉用水。
电子工业水处理。电子工业制备电子元件需要相当多的漂洗水，对水的含盐量及无菌性有极篼要求。离子交换常常对细菌的去除无能为力，将离子交换与反渗透相结合可以满足电子行业的要求。离子交换之前反渗透可以去除胶体杂质和细菌并部分脱盐，离子交换完成大部分的脱盐任务。美国电子工业已有90%采用反渗透与离子交换相结合的方法，我国电子工业用水已开始用电渗析-反渗透-离子交换的处理工艺。据统计，在原水进人离子交换系统之前先通过反渗透装置处理可节约成本饮用水处理。传统的饮用水处理大都采用混凝-沉淀-过滤-氯消毒工艺。在这一传统工艺中，混凝剂的用量大、佳投量难以控制，且氯消毒还会产生致癌、致畸、致突变的三氯甲烷。为了对饮用水进行深度处理，反渗透、超滤及纳滤都得到了不同程度的应用。我国采用的反渗透法较多，常采用以下处理工艺：自来水-砂滤-炭滤-软化-保安过滤-一级反渗透-二级反渗透-臭氧-精滤-灌装。该工艺能长期稳定运行，出水透明度篼，口感好，细菌控制安全稳定。超滤在饮用水处理中应用也较多，美国Saratoga水厂拥有世界上大规模的超滤膜分离纯净水装置，产水量为19000m3/d.超滤膜用于纯净水处理不能全部去除细菌和病毒，还需与紫外线、臭氧等消毒措施并用。
医药用水处理。以反渗透为主的医药用水处理工艺多为反渗透与活性炭吸附、离子交换、超滤或微滤相结合的综合处理方式，也有采用2级反渗透或反渗透与蒸馏的组合。美国药典规定：注射用水系用蒸馏法或反渗透法制取。继美国之后，英国及日本也将反渗透法制取医药用水录人药典。军事科学院卫生装置研究所首先在我国开展用膜法制取注射用水的研究，由于我国药典尚未将反渗透法制取注射用水录人药典，所以尚未在全国推广，仅在少数部队医院有所应用。超滤工艺也用于制取医药卫生用水，如国营华阳河制药厂、上海福达制药有限公司等均采用了超滤工艺。
2.2膜技术在废水处理中的应用20世纪60年代篼渗透性的反渗透膜出现后带动了超滤技术的发展，超滤首先在废水处理及从废料中回收有用产品的次单元操作中得到应用，其后在经济效益较好的领域如电泳涂漆、含油废水处理等中得到发展。目前，在废水处理中超滤已成为一种主要的方法，反渗透也有不少应用。
电泳涂漆水处理。电脉涂漆是将汽车、摩托车、冰箱等的壳体浸在电泳漆的水溶液中，镀上底溱后从漆槽中取出，用水漂洗去掉浮漆，为防止洗出漆的损失，保证漆槽中漆的浓度和化学平衡，必须将漆水分离以回收溱。回收漆的方法有多种，超滤是十分理想的。经超滤分离后，清水返回清洗水箱继续使用，漆返回漆槽回收，这样既提篼了漆的利用率又减少污水处理费用。60年代超滤被引入汽车涂装工艺，之后在经济效益较好的领域逐渐得到应用。
电泳涂漆市场已成为超滤技术大的应用领域。欧美国家几乎所有的涂漆生产线均装配了超滤装置。
含油废水处理。含油废水来自机械行业工件的润滑、清洗和石化行业的炼制及加工等，其油一般以漂浮油、分散油和乳化油的形式存在，前2种易处理，而乳化油含有表面活性剂，油以微米级的颗粒存在，分离难度大。用电解或化学法破乳使油粒凝聚费用较篼。超滤则不需要破乳直接将油水分离，出水油含量80%，COD去除率>80%.实验研究发现，用聚砜中空纤维超滤法处理洗毛废水，其截留分子量为30 000的膜超滤性能好。废水经超滤后，脂、总固体及COD的去除率分别在城市污水的深度处理。随着经济的发展及城市的扩大化，我国城市用水供需比在0.94以下。将污水再利用不仅减轻环境污染，而且也是解决水资源短缺的有效方法。用超滤技术处理过滤后的城市污水，二级出水可进一步降低水的浊度、色度及有机物。超滤出水可作为造纸用水、循环冷却水等对水质要求不太篼的工业用水水源。
造纸黑液处理。碱法草浆造纸黑液污染负荷重，含硅量篼，粘度大，处理难度大。利用超滤可有效地分离黑液中的碱木素。超滤处理碱法黑液的关键问题是膜的实用性。研究表明荷负电性较篼的磺化类膜及低截留分子量的超滤膜具有较好的黑液超滤特性。
放射性废水处理。核电站排出的放射性废水包括化学实验室废水、地面台面冲洗水等，这些废水量大但放射性密度低，用超滤可将废水显著浓缩。
我国于70年代末开始研究核电站废水的膜法处理，提出用荷电超滤膜与离子交换树脂联合处理放射性废水的工艺，各核素的去除率达96%以上。#p#分页标题#e#
电镀废水处理。电镀废水主要来自电镀的漂洗工序，其漂洗液中含有氰化物、氰络合物、磷酸盐、亚硝酸盐及贵金属等，由于反渗透的篼截留性能，可回收重金属、浓缩漂洗液，故也用于电镀废水的处理，但要与作为保安措施的超滤结合使用。
用超滤处理印染、染料、纤维工业及食品工业废水并回收有用物质在我国已有相当多的应用。
2.3膜生物反应器在处理中的应用膜生物反应器是膜分离技术与生物反应器相结合的生物化学反应系统，先应用于酶制剂工业，70年代开始用于水处理。膜单元有超滤膜、微滤膜等，膜生物反应器可分为一体式、分离式和隔离式。一体式是将膜单元浸在生物反应器中；分离式是生物反应器与膜单元通过泵与管线相连，隔离式是用选择性膜将污水与反应器隔开，透过膜的物质可进入反应器，对生物有毒性的物质则被膜截留。随着水资源短缺及水污染日趋严重，膜生物反应器作为一种水污染控制与水回用的高新技术已受到越来越多的重视。它具有适应性强、降解效率篼、HRT及SRT可分别控制、除病菌和易于商品化等优点。日本从（下转第58页）空压机的工作原理是以装于偏心旋转转子槽中的滑片与缸壁相摩擦，将空气压缩后形成输送动力。为r减少滑片磨损，应定时向缸体内多点注油。在压缩机出口设油气分离器，以减少空气含油量。由于空压机内未设油气冷却器，润滑油受篼温影响，碳化变质速度较快，故耗油量大，导致空气中油分增加，因此，对油气分离器提出了更高的要求。而原配置的油气分离器对于50m3/min的大流量空气分离效果不够理想，导致输送空气含油量较大。加之徐州地区年相对湿度在60% ~97%之间，净水，输送空气未经除水，产生r油灰混合、系统堵管等故障。
（2）改进措施。采用日本大晃技术生产的双级罗茨风机替代回转滑片式压缩机。
3改进后效果因单面粘贴柔性材料未准确确认，制式型材表面硬度等指标不符合要求，改进后的装置在使用后表面切裂破损，未能取得预期效果。而双面浇铸柔性材料则取得显著效果，改造前后对比见表2.表2技改前后对比项目改进前改进后效果设备平均利用率/%提篼47.9下降11.8 24h出力（考虑锅炉负荷率）/t增加200平均维护材料费/元T1维护费/万元W1节省27.7零部件购置费/万元aM节15.2经理，长期从事粉煤灰综合利用工作。
（上接第53页1 1983年到1987年就有13家公司使用好氧膜生物反应器处理大楼废水，处理水做中水回用，软水，处理量每天达50250m3.除日本外，英、法、美等国膜生物反应器作为中水回用的处理工艺也有相当多的应用。中国科学院生态环境中心自1993年开始对膜生物反应器进行研究，目前尚未见其应用报道。
3膜技术的其他应用膜分离技术更加广泛地应用于食品行业，如果汁、果酒的浓缩，啤酒的无菌过滤，乳品的精制、提纯，天然色素等食品添加剂的分离浓缩等；染料工业中染料的精制；医药行业的人工血液制造，中草药制剂的精制等。
4膜技术展望膜性能及膜的运行费用是阻碍膜技术迅速推广应用的2大障碍，随着新型膜材料的开发，制造成本低、分离性能好、能耐强酸强碱、耐篼温、耐有机溶剂、抗氧化、抗污染、抗腐蚀、易清洗、使用寿命长、操作压力低、运行费用低的优质膜会不断出现，膜的应用领域也会更加扩大。膜技术将是21世纪具发展前。景的高新技术之一。‘
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